Наблюдения Хаббла отвечают на вопросы об экзопланетах

Архивные наблюдения 25 горячих юпитеров с помощью космического телескопа Хаббл НАСА/ЕКА были проанализированы международной группой астрономов, что позволило им ответить на пять открытых вопросов, важных для нашего понимания атмосфер экзопланет. Среди других результатов команда обнаружила, что присутствие оксидов и гидридов металлов в самых горячих атмосферах экзопланет четко коррелирует с термической инверсией атмосфер. Область науки об экзопланетах уже давно сместила акцент с простого обнаружения на характеристику, хотя характеристика остается чрезвычайно сложной задачей. До сих пор большинство исследований по характеристике было направлено на моделирование или исследования, посвященные одной или нескольким экзопланетам.

В этой новой работе, возглавляемой исследователями из Университетского колледжа Лондона (UCL), использовался самый большой объем архивных данных, когда-либо изученных в рамках одного исследования атмосфер экзопланет, для анализа атмосфер 25 экзопланет. Большая часть данных получена из наблюдений, сделанных с помощью космического телескопа Хаббл НАСА/ЕКА. Ведущий автор, Квентин Чангэт, объясняет: «Хаббл позволил провести углубленную характеристику 25 экзопланет, и объем информации, которую мы узнали об их химическом составе и формировании — благодаря десяти интенсивным кампаниям наблюдения — невероятен».

Научная группа стремилась найти ответы на пять открытых вопросов об атмосферах экзопланет — амбициозная цель, которой им удалось достичь. Их вопросы касались того, что H- и некоторые металлы могут рассказать нам о химическом составе и циркуляции атмосфер экзопланет, а также о формировании планет. Они решили исследовать широкий спектр горячих юпитеров с намерением определить тенденции в своей выборке, которые могли бы дать более общее представление об атмосферах экзопланет. Соруководитель исследования Билли Эдвардс из UCL и Комиссариата по атомной энергии и альтернативным источникам энергии (CEA) сказал: «Наша статья знаменует собой поворотный момент в этой области: сейчас мы переходим от характеристики атмосфер отдельных экзопланет к характеристика атмосферных популяций».

Чтобы исследовать свою выборку из 25 экзопланет, команда повторно проанализировала огромное количество архивных данных, состоящих из 600 часов наблюдений Хаббла, которые они дополнили более чем 400 часами наблюдений с космического телескопа Спитцер. Их данные содержали затмения для всех 25 экзопланет и транзиты для 17 из них. Затмение происходит, когда экзопланета проходит позади своей звезды, если смотреть с Земли, а транзит происходит, когда планета проходит перед своей звездой. Данные о затмениях и транзитах могут предоставить важную информацию об атмосфере экзопланеты.

Крупномасштабное исследование дало результаты, и команда смогла определить некоторые четкие тенденции и корреляции между атмосферными составами экзопланет и наблюдаемым поведением. Некоторые из их ключевых выводов связаны с наличием или отсутствием термических инверсий [6] в атмосферах их образца экзопланеты. Они обнаружили, что почти все экзопланеты с термически перевернутой атмосферой были чрезвычайно горячими, с температурой выше 2000 Кельвинов. Важно отметить, что он достаточно горячий, чтобы металлические частицы TiO (оксид титана), VO (оксид ванадия) и FeH (гидрид железа) были стабильны в атмосфере. Было обнаружено, что из экзопланет, демонстрирующих тепловую инверсию, почти у всех в их атмосферах есть H–, TiO, VO или FeH.

Всегда сложно делать выводы из таких результатов, потому что корреляция не обязательно равна причинно-следственной связи. Тем не менее, команда смогла предложить убедительный аргумент в пользу того, почему присутствие H-, TiO, VO или FeH может привести к термической инверсии, а именно, что все эти металлические частицы являются очень эффективными поглотителями звездного света. Возможно, атмосферы экзопланет, достаточно горячие для существования этих видов, склонны к термической инверсии, потому что они затем поглощают так много звездного света, что их верхние слои атмосферы нагреваются еще больше. И наоборот, команда также обнаружила, что более холодные горячие юпитеры (с температурой менее 2000 Кельвинов и, следовательно, без H-, TiO, VO или FeH в их атмосферах) почти никогда не имели термически инвертированных атмосфер.

Важным аспектом этого исследования было то, что команда смогла использовать большую выборку экзопланет и чрезвычайно большое количество данных для определения тенденций, которые можно использовать для прогнозирования поведения других экзопланет. Это чрезвычайно полезно, потому что дает представление о том, как могут формироваться планеты, а также потому, что позволяет другим астрономам более эффективно планировать будущие наблюдения. И наоборот, если в статье очень подробно изучается одна экзопланета, хотя это и ценно, гораздо сложнее экстраполировать тенденции. Улучшение понимания населения экзопланет также может приблизить нас к разгадке открытых загадок о нашей собственной Солнечной системе. Как говорит Чангэт: «Многие вопросы, такие как происхождение воды на Земле, формирование Луны и различные эволюционные истории Земли и Марса, до сих пор не решены, несмотря на нашу способность проводить измерения на месте. Крупные исследования населения экзопланеты , такие как тот, который мы представляем здесь, направлены на понимание этих общих процессов». Исследование опубликовано в серии дополнений к астрофизическому журналу.

Источник